自动控制–传感器技术.ppt

自动控制--- 重点与难点 了传感器的基本知识 掌握各类传感器的基本特性 了解各类传感器的典型应用 掌握传感器的接口电路原理 一、概述 传感器是自动控制技术中首要信号器件，其信号的灵敏度与可靠性决定自动控制系统的正常与否， 就像人的五官眼、耳、鼻、口、舌， 将所采集的信息输入大脑，经大脑处理后，发出相应的动作指令。而传感器则是取出相应的信号经放大处理后控制系统自动运行。如电冰箱内安装有温度传感器，当电冰箱内温度达到设定值时，传感器检测到该值并将其温度转变为电信号，控制电冰箱的运行与停机。再如机器人安装有各种传感器，当其检测到对应信号，便输入计算机进行运算处理，驱动肢体运动。 本课介绍传感器和变送器的基本知识、测量和检测技术。通过学习，了解检测的目的、意义，掌握传感器的定义、分类和命名方法及其应用原理。 2. 传感器采集信号的传输过程 二、传感器的定义与分类 1. 传感器的定义 传感器的定义在国家标准GB7665-87中表述：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。 传感器处于检测系统的最前端，起着获取检测信息与转换信息的作用。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 传感器习惯上又被称为：发送器、传送器、变送器、检测器、探头等。 2.传感器工作性质 传感器处于被测对象与测试系统的接口位置，是一个信号变换器。 它直接从被测对象中提取被测量的信息，感受其变化并变换成便于测量的其他量。例如将速度变换成电压，将流量变换成压力等。 3.传感器的特征 ①传感器是测量装置，能完成检测任务； ②输入量是物理、化学、生物等被测量； ③输出量是气、光、电等物理量，主要是电物理量，如： 电压（V）、电流（I）、频率（F）、功率（P）等； ④输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。 4. 传感器功能 传感器功能可以用“一感二传”来描述，即感受被测信息，并传送出去。 5. 传感器的组成 传感器将非电量转换成电量输出。通常，传感器由敏感元件、转换元件和基本转换电路三部分组成。 ?敏感元件 能够灵敏地感受被测量并作出响应的物理量变化，为敏感元件。如金属或半导体应变片，能感受压力的大小而引起形变，形变程度就是对压力大小的响应。因此是一种压力敏感元件；铂电阻能感受温度的升降而改变其阻值，阻值的变化就是对温度升降的响应。所以铂电阻就是一种温度敏感元件。 ②转换元件 就是将敏感元件感受的被测量转换成电路参数的元件。 ③基本转换电路 将电路参数转换成便于测量的电量（如：电压、电流、频率等）。 例3 传感器的能量转换 6.传感器的分类 （1）按被测物理量分类 此类表明传感器的用途，便于使用者选择，如位移传感器用于位移测量 （2）按传感器工作原理分类 表明了传感器工作原理，有利于传感器设计和应用，如电感 式传感器、电容式传感器等。 （3）按传感器转换能量的情况分类 ① 能量转换型。又称发电型，不需外加电源而将被测能量 转换成电能输出，这类传感器有压电式、热电偶、光电池等。 ② 能量控制型。又称参量型，需外加电源才能输出电能量。 这类传感器有电阻、电感、霍尔式等传感器以及热敏电阻、 光敏电阻、湿敏电阻等。 例4 传感器实物外形 压力传感器 温度传感器 液位传感器 7.传感器的代号 传感器的代号：依次为主称---被测量---转换原理---序号。 ① 主称---传感器代号C； ② 被测量---用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记； ③ 转换原理--用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记； ④ 序号---用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。 例如：应变式位移传感器： C WY-YB-20；光纤压力传感 器：C Y-GQ-2。 8. 变送器 传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称。当传感器的输出为规定的标准信号时，则称为变送器。 变送器可定义为将物理测量信号或普通电信号转换为标准电信号输出或能够以通讯协议方式输出的设备，它是从传感器发展而来的。 变送器输出的标准信号是符合国际标准的信号。如直流电流0～10mA、4～20mA。无论被测变量是哪种物理或化学参数，也不论测量范围如何，经过变送器之后的信息都必须包含在标准信号之中。 三、检测技术 1.检测技术的目的和意义 检测是指在各类生产、科研、试验及服务等各个领域为及时获得被测、被控对象的有关信息而实时或非实时地对一些参量进行定性检查和定量测量的技术措施。 2. 检测技术的作用 检测技术是通过传感器获取相应的信号